擠密砂樁施工方案在某高速公路建設(shè)中的應(yīng)用

王乃坤

(黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司)

某高速公路南段全長(zhǎng)91.086km,所經(jīng)地段除河流沿線地帶外均屬膨脹土路基,其天然含水量較大(18.1% ～30.4%)。為了減小橋梁臺(tái)背路基工后沉降,對(duì)承載力小于150kPa的臺(tái)背地基進(jìn)行深層處理,由于現(xiàn)場(chǎng)砂資源豐富,從經(jīng)濟(jì)方面考慮采用擠密碎石樁處治?，F(xiàn)結(jié)合某高速南段擠密砂樁施工情況,談?wù)勂涫┕し桨敢I(lǐng)及其質(zhì)量控制要點(diǎn)。

1 施工前準(zhǔn)備

(1)根據(jù)實(shí)際編制實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)(施工技術(shù)方案、質(zhì)量計(jì)劃)編制中力求考慮周到,措施得力,便于操作,并上報(bào)監(jiān)理工程師批復(fù)。

(2)清表平整場(chǎng)地,拆除高空和地面、地下障礙物。

(3)根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求,布設(shè)樁化,樁間距及安排樁的分布形式。本標(biāo)段當(dāng)臺(tái)背填土高度大于5m時(shí),臺(tái)背地基處理長(zhǎng)度 40m,其中處理段長(zhǎng)度 20m,過渡段長(zhǎng)度 20m;當(dāng)臺(tái)背填土高度小于 5m時(shí),臺(tái)背地基處理長(zhǎng)度 20m,其中處理段長(zhǎng)度 10m,過波段長(zhǎng)度 10m。砂樁樁長(zhǎng) 5m,樁直徑5cm,樁間距采用 1.4m(處理段)和 1.6m(過渡段),樁的平面布置采用等邊三角形。擠密砂嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工放樣,用木樁或竹簽定出每根樁的位置。

(4)機(jī)械設(shè)備及材料的選擇。根據(jù)地段的地基、砂樁樁徑及樁長(zhǎng)情況,選擇合適的機(jī)械設(shè)備。某高速南段選用DYZ-60型振動(dòng)沉管砂樁機(jī),內(nèi)置平底活頁式樁尖,并設(shè)有二次投料口。該機(jī)械激振力為 460kN,符合實(shí)際施工要求。原材料采用中粗混合砂,細(xì)度模數(shù) 2.8以上,含水量小于5%。

2 試驗(yàn)樁

在施工之前,為了根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,調(diào)整各種機(jī)械參數(shù),以保證大面積施工質(zhì)量。針對(duì)性選擇試樁位置,既要考慮軟土厚度,又要顧及地質(zhì)特點(diǎn),關(guān)鍵是必須選擇有代表性的位置,成樁試驗(yàn)要求達(dá)到以下目的：(1)確定符合設(shè)計(jì)要求施工;(2)確定合理的投料數(shù)量;(3)確定密實(shí)度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

試樁數(shù)量 30～50根或根據(jù)需要確定,試樁前分別進(jìn)行地基的標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探和瞬時(shí)瑞利波檢驗(yàn),每試驗(yàn)路段各不少于 10個(gè)點(diǎn);試樁成樁 7d后,進(jìn)行樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探和瞬時(shí)瑞利波的對(duì)照檢驗(yàn),每試驗(yàn)路段各不少于 30個(gè)點(diǎn),并且進(jìn)行樁體的重 II型動(dòng)力觸探(每試驗(yàn)路段不少于 10根樁)和單樁承載力、復(fù)合地基承載力載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)(每試驗(yàn)路段各不少于 2個(gè)點(diǎn))。試樁時(shí)施工方、監(jiān)理方均應(yīng)派員在場(chǎng),做好詳盡的現(xiàn)場(chǎng)記錄。

試樁完成后必須提交試樁報(bào)告,重點(diǎn)闡述樁分密實(shí)度、樁長(zhǎng)、荷載試驗(yàn)情況(含荷載P-沉降 S曲線,沉降 S-時(shí)間 t曲線),總結(jié)評(píng)價(jià)施工工藝、施工質(zhì)量、加固效果。

3 施工工序

擠密砂樁施工工藝應(yīng)按以下程序進(jìn)行：整平原地面—機(jī)具定位—樁管沉入—加料壓密—拔管—機(jī)具移位。

移動(dòng)樁機(jī)按照施工前所定樁位就位,校正樁管垂直度小于 1.5%,檢查樁管長(zhǎng)度及投料口位置,樁管必須高出設(shè)計(jì)樁長(zhǎng) 3～5m,提升樁管離地面 50cm,將樁頭活頁閉合。準(zhǔn)備完成后,在樁位處堆尖少量砂,以利于沉管對(duì)中;用振動(dòng)沉樁機(jī)邊振邊沉入上層,直至設(shè)計(jì)深度,如果沒有進(jìn)入持力層,則繼續(xù)沉至進(jìn)入持力層 50cm為止,留振適當(dāng)時(shí)間。

稍提升樁管使樁尖打開,停止振動(dòng),樁管內(nèi)加足水量,使砂料呈飽和水狀態(tài),開始投料,一次上足或分兩次投料,亦可超量投砂。

啟動(dòng)拔管,為了使樁管內(nèi)砂料密實(shí),在拔管前先振動(dòng)1min,然后邊振動(dòng)邊均勻緩慢提升樁管,提升速度控制在1.0m/min,每提升 1.0m留振 0.5～1.0min(軟土層內(nèi)留振0.5min,砂層內(nèi)留振 1.0min)并反插。

當(dāng)拔出樁管的 1/2長(zhǎng)度時(shí),邊加水邊加剩余的投料,直至裝滿為止;邊振動(dòng)邊繼續(xù)加水,直至樁管提升至孔口。

提升和反插速度必須均勻,反插深度由深到淺,每根樁在保證樁長(zhǎng)和灌入砂量的前提下,反插次數(shù)不小于 5次,做到沉管每提升 1.0m反插一次,并根據(jù)成樁過程進(jìn)行施工調(diào)整。

投完剩余的填料,在施工距樁頭2m范圍內(nèi)時(shí)適當(dāng)增加反插次數(shù)和留振時(shí)間,采取超載投砂法,同時(shí)也可采用其他夯實(shí)類措施增加樁頭密實(shí)度(如用管身下壓等方法)。

填料要分批加入,不宜一次加料過量,原則上要“少吃多餐”,每一深度的樁體未達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度電流時(shí)應(yīng)繼續(xù)加料,繼續(xù)振實(shí),嚴(yán)格防止“斷樁”和“頸縮杖”的發(fā)生;施工過程中應(yīng)及時(shí)記錄,成樁深度、成樁時(shí)間、每次砂灌入量、反插次數(shù)等;施工進(jìn)程如發(fā)現(xiàn)土層有較大變化,投料量或沉樁速度異常應(yīng)立即停止并報(bào)告監(jiān)理;施工完畢,平移場(chǎng)地、測(cè)量標(biāo)高,整理施工記錄。

4 質(zhì)量控制

擠密砂樁施工不當(dāng)或技術(shù)要領(lǐng)把握不住,極易留下質(zhì)量隱患,嚴(yán)重影響處理效果。

(1)若灌砂量不足,砂的含水率不佳或加水量不足,就會(huì)引起成樁樁身密實(shí)度不足,引起疏松現(xiàn)象。因此要嚴(yán)格控制投砂量,樁管內(nèi)的加水量必須充足。實(shí)際灌砂量未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),補(bǔ)充灌砂后復(fù)打一次,或在旁邊補(bǔ)樁一根。

(2)沉樁時(shí)樁管豎直度不夠,或受鄰樁振沖影響,容易引起已成砂樁傾斜。因此成樁時(shí)要經(jīng)常校正樁管豎直度,相鄰樁距間隔跳躍施工,避免相互間振動(dòng)影響。

(3)樁底空松或樁底端料少或無料會(huì)引起短樁,沉管時(shí)遭遇局部硬土層或孤石,處理不當(dāng)也會(huì)造成樁長(zhǎng)不夠。如果遇到土層或孤石,處理方法最好是及時(shí)停機(jī),在樁位旁邊試打,確定硬土層范圍,然后考慮變更領(lǐng)位樁;拔管前必須灌滿砂料,并留振 1min。

(4)三次投料不合理,反插深度和次數(shù)有誤會(huì)都會(huì)引起砂樁縮徑,必須改變投料量比例,改變反差深度和次數(shù)以滿足要求。

(5)斷樁是施工中常見病害,造成的原因有反插深度有誤、塌孔、卡管活頁打不開等。要嚴(yán)格按工藝性試樁提供的技術(shù)參數(shù)及成樁步驟控制拔管高度和拔管進(jìn)度,否則易出現(xiàn)斷樁,不能保證樁身的連續(xù)性。

(6)卡管為成樁中常見現(xiàn)象,要整修活頁,使活頁開啟靈活打開。

5 擠密砂樁質(zhì)量檢測(cè)

5.1 施工允許偏差

施工允許偏差檢驗(yàn)包括樁徑、樁距、樁長(zhǎng)、垂直度以及投料數(shù)量(單根砂料貫入量應(yīng)不小于 0.224m3/m)的要求參照表1。

表 1 施工允許偏差

5.2 樁體施工質(zhì)量和樁間土加固效果檢驗(yàn)

(1)檢測(cè)方法：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、瞬時(shí)瑞利波法和動(dòng)力觸探測(cè)試。

(2)檢驗(yàn)?zāi)康模簷z驗(yàn)砂樁施工質(zhì)量(即樁身密實(shí)度大小),對(duì)比擠密砂樁處治前后樁間土實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)和靜力觸探曲線變化情況,以判斷土層強(qiáng)度增長(zhǎng)情況。

(3)檢驗(yàn)頻率：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、剪切波速按砂樁根數(shù)的2%布設(shè)測(cè)點(diǎn);靜力觸探測(cè)試為 5點(diǎn)后 5000m2,當(dāng)點(diǎn)施工面積 ＜5000m2時(shí),應(yīng)不小于 5點(diǎn),特殊地段適當(dāng)加密,孔位隨即布置,孔深為設(shè)計(jì)孔深;樁身密實(shí)度重 II型檢測(cè)以樁數(shù)的5%控制,特殊地段適當(dāng)加密;瞬時(shí)瑞利波法試驗(yàn)1/40m。

(4)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)標(biāo)貫試驗(yàn),樁體實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N63.5≥15擊,樁間土實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)：黏性土≥8擊,砂性土≥10擊。即認(rèn)為處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求：對(duì)靜力觸探測(cè)試,粉細(xì)砂層中實(shí)測(cè)樁尖阻力≥10MPa,砂土、亞砂土層中實(shí)測(cè)樁尖阻力≥7MPa,亞黏土、黏土層中實(shí)測(cè)樁尖阻力1.4MPa,淤泥質(zhì)黏土層中實(shí)測(cè)樁尖阻力≥0.9MPa,淤泥層中實(shí)測(cè)樁尖阻力≥0.7MPa。重 II型動(dòng)力觸探檢測(cè)樁身密實(shí)度時(shí),5.0m以內(nèi)的樁體要求貫入量10cm時(shí),擊數(shù)≥6次(0～1.0m不計(jì)數(shù))。

(5)檢測(cè)時(shí)間：成樁后14d進(jìn)行,成樁時(shí)間不足 14d的樁,檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可以乘以 0.8的系數(shù),即 0～5m每 10cm錘擊數(shù)≥5擊(0～10m不計(jì)數(shù))。

(6)砂樁施工結(jié)束 14d并經(jīng)檢驗(yàn)合格后,方可以填土。

6 結(jié) 語

擠密砂樁是當(dāng)前公路建設(shè)軟基處理行之有效的重要措施之一,它具有施工簡(jiǎn)便、快捷、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、效果明顯等特點(diǎn),被廣泛用于橋涵臺(tái)背軟基和路基軟基處理。在過去公路建設(shè)中取到了關(guān)鍵作用,隨著施工工藝的日趨成熟和機(jī)械日益更新,相信在未來公路建設(shè)中擠密砂樁發(fā)揮的作用必定更加突出。

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[1]王建中.灰土擠密樁的施工技術(shù)[J].山西建筑,2007,(6).

[2]胡奇 .灰土擠密樁與柱錘沖擴(kuò)樁聯(lián)合處理濕陷性黃土地基[D].合肥工業(yè)大學(xué),2007.